金屬和半導(dǎo)體的接觸課件.ppt

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1、第六章金屬和半導(dǎo)體的接觸Metal-SemiconductorContact§6.1金屬-半導(dǎo)體接觸和能帶圖§6.2金-半接觸整流理論§6.3少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸1、金屬與半導(dǎo)體形成的肖持基接觸和歐姆接觸，阻擋層與反阻擋層的形成；2、肖特基接觸的電流—電壓特性——擴(kuò)散理論和熱電子發(fā)射理論，即肖特基勢(shì)壘的定量特性3、歐姆接觸的特性。兩個(gè)要點(diǎn)：①功函數(shù)和禁帶寬度的不同金屬/半導(dǎo)體接觸能帶圖的變化；②肖特基接觸的整流特性即電流－電壓I-V特性。一、金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)Wm、Ws1、金屬的功函數(shù)Wm電子由金屬內(nèi)部

2、逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。E0(EF)mWmE0為真空中電子的能量，又稱(chēng)為真空能級(jí)。金屬銫Cs的功函數(shù)最低1.93eV，Pt最高為5.36eV§6.1金屬-半導(dǎo)體接觸和能帶圖2、半導(dǎo)體的功函數(shù)WsE0與費(fèi)米能級(jí)之差稱(chēng)為半導(dǎo)體的功函數(shù)。用Χ表示從Ec到E0的能量間隔：稱(chēng)χ為電子的親和能，它表示要使半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。Ec(EF)sEvE0χWsEn①N型半導(dǎo)體：式中：②P型半導(dǎo)體：式中：Note:半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)隨雜質(zhì)濃度變化，所以，Ws也和雜質(zhì)濃度有關(guān)。二、金屬與半導(dǎo)體的接觸及

3、接觸電勢(shì)差1.阻擋層接觸設(shè)想有一塊金屬和一塊N型半導(dǎo)體，并假定金屬的功函數(shù)大于半導(dǎo)體的功函數(shù)，即：（1）即半導(dǎo)體的費(fèi)米能EFs高于金屬的費(fèi)米能EFm金屬的傳導(dǎo)電子的濃度很高，1022～1023cm-3半導(dǎo)體載流子的濃度比較低，1010～1019cm-3金屬n半導(dǎo)體E0xWsEFsEcEnWmEFmEv金屬半導(dǎo)體接觸前后能帶圖的變化：WmEFmWsE0EcEFsEv接觸前接觸前，半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)高于金屬（相對(duì)于真空能級(jí)），半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子有向金屬流動(dòng)的趨勢(shì)接觸時(shí)(導(dǎo)線(xiàn)連接)，費(fèi)米能級(jí)一致，在兩類(lèi)材料的表面形成電勢(shì)差

4、Vms。接觸電勢(shì)差：E0xWsEFsEcEnWmEFmEv-qVms------緊密接觸時(shí)，形成空間電荷區(qū)，接觸電勢(shì)差降落在空間電荷區(qū):半導(dǎo)體一邊的勢(shì)壘高度為：金屬一邊的勢(shì)壘高度為：半導(dǎo)體體內(nèi)電場(chǎng)為零，在空間電荷區(qū)電場(chǎng)方向由內(nèi)向外，半導(dǎo)體表面勢(shì)Vs＜0金屬一邊的勢(shì)壘高度為：VsEFEvqVDEc內(nèi)建EχWmEFEvqVDEc內(nèi)建EχWm在勢(shì)壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度比體內(nèi)小得多，是一個(gè)高阻區(qū)域，稱(chēng)為阻擋層。電子必須跨越的界面處勢(shì)壘通常稱(chēng)為肖特基勢(shì)壘（Schottkybarrier)金屬與N型半導(dǎo)體

5、接觸時(shí)，若Wm>Ws，電子向金屬流動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)費(fèi)米能級(jí)統(tǒng)一，在半導(dǎo)體表面一層形成正的空間電荷區(qū)，能帶向上彎曲，形成電子的表面勢(shì)壘。EcEFEnqVdEv金屬和p型半導(dǎo)體Wm

6、電離受主形成，其多子濃度比體內(nèi)小得多，是一個(gè)高阻區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域能帶向上或向下彎曲形成電子或空穴的阻擋。金屬與N型半導(dǎo)體，Wm>Ws金屬與P型半導(dǎo)體,Wm0，能帶向下彎曲。（1）金屬與N型半導(dǎo)體接觸WmEFmWsE0EcEFsEvEEcEFsEv在半導(dǎo)體表面，相當(dāng)有個(gè)電子的勢(shì)阱(積累區(qū))，多子電子的濃度比體內(nèi)大得多，是一個(gè)高電導(dǎo)區(qū)，即電子反阻擋層。（2）金屬與P型

7、半導(dǎo)體接觸金屬與P型半導(dǎo)體接觸時(shí)，若Wm>Ws，空穴將從金屬流向半導(dǎo)體表面，在半導(dǎo)體表面形成正的空間電荷區(qū)，電場(chǎng)方向由體內(nèi)指向表面，Vs<0，能帶向上彎曲WmWsEFsEFmEvEcE0接觸后：xdEcEFEvE這里空穴濃度比體內(nèi)大得多，因而是一個(gè)高電導(dǎo)的區(qū)域，稱(chēng)之為反阻擋層，即空穴反阻擋層。N型P型Wm>Ws阻擋層反阻擋層Wm

8、（高電導(dǎo)區(qū)）金屬與n半導(dǎo)體的接觸Wm>WsWm